深圳特區(qū)報2019年1月17日訊（記者馬璇）日前，深圳大學二維材料光電科技國際合作聯(lián)合實驗室項元江課題組與英國伯明翰大學張霜教授課題組、賓夕法尼亞州立大學劉超星教授課題組合作，首次在光學系統(tǒng)中觀測到手性零級朗道能級，并實現(xiàn)了三維光學外爾體系的人工磁場。相關(guān)成果以題為“Observation of chiral zero mode in inhomogeneous three-dimensional Weyl metamaterials”發(fā)表在國際頂尖期刊Science上。

據(jù)介紹，在量子系統(tǒng)中，一個帶電荷的粒子在外磁場的作用下在垂直于磁場的方向的運動會被束縛，從而產(chǎn)生了分立的量子能級，即朗道能級。在高能物理中，狄拉克或外爾無質(zhì)量相對論粒子具有手性對稱性，也就保證了其手性電流為守恒量。然而，目前為止三維光學系統(tǒng)中手性朗道能級還沒有得到觀測。

在此次研究中，課題組首次通過調(diào)節(jié)外爾超材料中每個元胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將整個外爾超材料做成非均勻體系，實現(xiàn)了三維光學外爾體系的人工磁場。該人工磁場能夠產(chǎn)生手性朗道能級，對于不同的外爾點群速度的方向不同。這是光學系統(tǒng)中手性朗道能級的首次觀測。

據(jù)了解，該成果提供了一個很好的平臺來研究三維經(jīng)典系統(tǒng)內(nèi)由強磁場導致的各種有趣的拓撲現(xiàn)象。觀測到的手性零級朗道能級，由于其單向體傳播的性質(zhì)，在實現(xiàn)新穎光學器件和系統(tǒng)方面有著潛在的應用。該研究還得到了國家自然科學基金基金的資助。